供热管道热膨胀及其补偿器

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   供热管道升温时，由于热伸长或温度应力的作用而引起管道变形或破坏，需要在管道上设置补偿器，以补偿管道的热伸长，从而减小管壁的应力或作用在阀件、支架结构上的作用力。管道受热的自由伸长量可按下式计算：
 

供热管道采用的补偿器种类很多，主要有自然补偿器、方形补偿器、波纹管补偿器、套筒补偿器和球形补偿器等，前三种是利用补偿材料的变形来吸收热伸长的，后两种是利用管道的位移来吸收热伸长的。

（1）自然补偿器

自然补偿器是利用管道自然转弯构成的几何形状所具有的弹性来补偿管道的热膨胀，使管道应力得以减小。常见的自然补偿器有L型、Z型自然补偿器，如图12-10所示。

为简化计算，常用线算图来确定L型补偿器的短臂长度和Z型补偿器的中间臂长度。图12-11是L型弯管段自然补偿线算图。图12-12是Z型弯管段自然补偿线算图。

（2）方形补偿器

方形补偿器通常是由四个90°无缝钢管煨弯或机制弯头构成的U型补偿器，依靠弯管的变形来补偿管段的热伸长。方形补偿器制造安装方便，不需要经常维修，补偿能力大，作用在固定点上的推力(即补偿器的弹性力)较小，可用于各种压力和温度条件，缺点是补偿器外形尺寸大，占地面积多。为了提高补偿器的补偿能力(或减少其位移量)常采用预先冷拉的办法，一般预拉伸量为管道伸长量的50％，在极限情况下，其补偿能力可比无预拉时提高一倍。图12-13是计算钢制方形补偿器的线算图。图12-14是方形补偿器的类型图。

（3）套筒补偿器

套筒补偿器是由填料密封的套管和外壳管组成的，两者同心套装并可轴向补偿，有单向和双向两种形式，图12-15是单向套筒补偿器。套筒与外壳体之间用填料圈密封，填料被紧压在端环和压盖之间，以保证封口紧密。填料采用石棉夹铜丝盘根，更换填料时需要松开压盖，维修方便。

套筒补偿器的补偿能力大，一般可达250～400mm，占地小，介质流动阻力小，造价低，适用于工作压力小于或等于 1.6 MPa，工作温度低于300℃的管路上，补偿器与管道采用焊接连接。

（4）波纹管补偿器

波纹管补偿器是用多层或单层薄壁金属管制成的具有轴向波纹的管状补偿设备。图12-16所示的是供热管道上常用的轴向型波纹管补偿器。这种补偿器体积小，重量轻，占地面积和占用空间小，易于布置，安装方便。波纹管补偿器具有良好的密封性能,不需要进行维修，承压能力和工作温度较高，但其补偿能力小，价格也较高。

为使轴向波纹管补偿器严格地按管道轴向热胀或冷缩，补偿器应靠近一个固定支架设置，并设置导向支座，导向支座宜采用整体箍住管子的方式以控制横向位移和防止管子纵向变形。常用的轴向波纹管补偿器通常都作为标准的管配件，用法兰或焊接的形式与管道连接。

（5）球形补偿器

球形补偿器如图12-17所示。球形补偿器具有很好的耐压和耐温性能，能适应230℃的高温和0.4MPa的压力，使用寿命长，运行可靠，占地面积小，基本上无需维修，补偿能力大。工作时变形应力小，减少了对支座的要求。